“半導(dǎo)體物理與器件”課程教學(xué)改革與探索

“半導(dǎo)體物理與器件〞課程教學(xué)改革與探究〔〕:

摘要："半導(dǎo)體物理與器件";是一門(mén)綜合了半導(dǎo)體物理根底知識(shí)和經(jīng)典的半導(dǎo)體器件的課程，也是微電子技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)核心教程。由于這門(mén)學(xué)科綜合性很強(qiáng)，在課程建立與教學(xué)改革方面有許多值得討論的問(wèn)題。文章根據(jù)自身的教學(xué)過(guò)程，結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)及課程特色，針對(duì)當(dāng)前教學(xué)過(guò)程中存在的一些缺乏，進(jìn)展探究與改革，以利于學(xué)生承受吸收，并靈敏運(yùn)用，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與加強(qiáng)專業(yè)素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體物理與器件；深化淺出；教學(xué)主線

本文引用格式：閆麗娟等."半導(dǎo)體物理與器件";課程教學(xué)改革與探究[J].教育現(xiàn)代化，2022，6〔31〕：80-

81.

微電子科學(xué)的出現(xiàn)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展，居民生活程度的進(jìn)步以及軍事力量的增強(qiáng)都起著很重要的作用[1-2]。"半導(dǎo)體物理與器件";作為微電子學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)核心課程，這門(mén)學(xué)科不僅理論性極強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)繁多，而且涵蓋的范圍很廣，包括量子力學(xué)，熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，固體物理，半導(dǎo)體物理，材料科學(xué)，化學(xué)，高等數(shù)學(xué)等內(nèi)容，并且需要用這些領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)來(lái)解釋半導(dǎo)體器件，例如，PN結(jié)，雙極型晶體，MOSFET，是如何工作的，影響這些器件工作特性的參數(shù)有哪些，以及是如何影響的[3-4]。因此，這門(mén)學(xué)科比一般的根底學(xué)科更為復(fù)雜繁瑣。如何能使學(xué)生饒有興趣地學(xué)習(xí)好該課，是急需研究與探究的一個(gè)問(wèn)題。本文從半導(dǎo)體器件的根本構(gòu)造，工作特性，結(jié)合能帶與載流子分布特點(diǎn)，探究相關(guān)的教學(xué)方法。

一目前"半導(dǎo)體物理與器件";教學(xué)的現(xiàn)狀和主要問(wèn)題

首先，課程排布的不連續(xù)性。本科生"半導(dǎo)體物理與器件";課程一般安排在第五學(xué)期〔即大三上學(xué)期〕，學(xué)生已修完大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、量子力學(xué)、半導(dǎo)體物理或固體物理等相關(guān)的課程之后。然而，不同于一般的物理類專業(yè)，電科類專業(yè)由于專業(yè)課程較多，沒(méi)有半導(dǎo)體物理或固體物理等相關(guān)課程的安排，教師在講授器件知識(shí)之前，需要花費(fèi)很多時(shí)間來(lái)補(bǔ)充晶體構(gòu)造，半導(dǎo)體的周期性構(gòu)造，能帶論等內(nèi)容。由于學(xué)生沒(méi)有太多的時(shí)間消化吸收，導(dǎo)致很多學(xué)生把握不到這門(mén)課程的重點(diǎn)，理論根底薄弱，假設(shè)要靈敏運(yùn)用這些知識(shí)點(diǎn)去理解器件的工作原理，特性也更為困難?？梢?jiàn)，教學(xué)內(nèi)容安排要連接，否那么必然會(huì)導(dǎo)致教學(xué)無(wú)重點(diǎn)、課程設(shè)計(jì)隨意化等后續(xù)問(wèn)題。

其次，學(xué)生教材選定的不合理。雖然涉及"半導(dǎo)體物理與器件";課程方面的經(jīng)典教材國(guó)內(nèi)外有很多，例如，?半導(dǎo)體物理學(xué)?〔劉恩科、羅晉生編著〕、?半導(dǎo)體器件物理?〔施敏編著〕、?半導(dǎo)體物理與器件?〔DonaldA.Neamen編著〕，但適宜本校大三學(xué)生卻少之又少。這是因?yàn)閲?guó)內(nèi)教材過(guò)多的涉及到量子力學(xué)，能帶論，學(xué)生的根底相對(duì)薄弱，難以理解吸收，國(guó)外教材雖說(shuō)相對(duì)簡(jiǎn)單，原汁原味，但內(nèi)容過(guò)多，對(duì)于剛接觸專業(yè)知識(shí)的大三學(xué)生來(lái)說(shuō)也有一定的困難。不合理的教材選擇反而容易讓學(xué)生陷入茫然從而喪失對(duì)學(xué)習(xí)"半導(dǎo)體物理與器件";這門(mén)課程的興趣。

再次，教學(xué)形式過(guò)于僵化以及采用傳統(tǒng)單一的考核方法。雖然如今的高校根本都裝備多媒體，但就"半導(dǎo)體物理與器件";來(lái)說(shuō)，授課形式還是板書(shū)為主，且主要是教師講授，這樣的教學(xué)形式，或使學(xué)消費(fèi)生依賴教師的心理，或使學(xué)生很快失去學(xué)習(xí)興趣。此外，單一的考核方式，造成了學(xué)生死讀書(shū)，讀死書(shū)，甚至出現(xiàn)背題的現(xiàn)象【5】。這些都是造成目前"半導(dǎo)體物理與器件";教學(xué)效果不理想的原因。

二"半導(dǎo)體物理與器件";教學(xué)改革內(nèi)容與詳細(xì)方法

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，筆者結(jié)合自己的教學(xué)體會(huì)主要從以下幾個(gè)方面談?wù)?半導(dǎo)體物理與器件";有效教學(xué)的可行方法：

〔一〕結(jié)合學(xué)生自身和課程排布特點(diǎn)，合理安排教學(xué)大綱，精簡(jiǎn)內(nèi)容，深化淺出

"半導(dǎo)體物理與器件";這門(mén)課程的特點(diǎn)使得采用傳統(tǒng)的教學(xué)形式，例如，理論教學(xué)為主，填鴨式"灌輸抽象的概念，死記硬背公式等，將難以進(jìn)步學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，尤其是在學(xué)生沒(méi)有固體物理或半導(dǎo)體物理等相關(guān)材料物理根底的情況下，甚至?xí)郎鐚W(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)而產(chǎn)生抵觸情緒。結(jié)合本校學(xué)生的特點(diǎn)以及課程排布特色，筆者摒棄了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，且精簡(jiǎn)了一些瑣碎的知識(shí)點(diǎn)。首先，安排一定的學(xué)時(shí)〔大概18-20學(xué)時(shí)〕，讓學(xué)生理解什么是晶體構(gòu)造，周期性構(gòu)造，強(qiáng)化學(xué)生識(shí)記半導(dǎo)體是晶體構(gòu)造，以及相應(yīng)的摻雜，電離情況下，半導(dǎo)體構(gòu)造和能帶構(gòu)造的特點(diǎn)等，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)器件打好根底。接著，在學(xué)習(xí)詳細(xì)器件時(shí)，摒棄一些瑣碎且較難理解的知識(shí)點(diǎn)，以"器件構(gòu)造rarr;能帶構(gòu)造rarr;載流分布rarr;載流子運(yùn)動(dòng)rarr;電流電壓特性";為教學(xué)主線，對(duì)課程學(xué)習(xí)中涉及到的每一個(gè)器件，如PN結(jié)，雙極性晶體管，MOSFET，金屬半導(dǎo)體接觸等都按照這樣的思路分析，從構(gòu)造，能帶論的角度一步步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)器件特性，尤其是電流電壓特性的認(rèn)識(shí)。另外，在教學(xué)過(guò)程中，盡量采用粗淺易懂的語(yǔ)言，例如，在講述由于費(fèi)米面的不同造成載流子的流動(dòng)時(shí)，讓學(xué)生聯(lián)想水是如何流動(dòng)的，防止用晦澀難懂的學(xué)術(shù)語(yǔ)言授課。

〔二〕結(jié)合學(xué)生的根底和專業(yè)特色，選定教材以及編寫(xiě)講義

不同于普通物理類以及電科類專業(yè)的課程，適宜我校學(xué)生根底的教材并不多。上述幾本經(jīng)典的"半導(dǎo)體物理與器件";方面的教材，雖然內(nèi)容詳實(shí)，分析透徹入理，但內(nèi)容偏多，涉及的知識(shí)面偏廣、偏深，數(shù)學(xué)計(jì)算、推導(dǎo)又相對(duì)較為繁雜，我們的學(xué)生使用起來(lái)存在一定的困難。針對(duì)這種情況，筆者選用內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，全面，主要以器件為主的教材作為學(xué)生上課使用的教材，同時(shí)結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，自編講義供學(xué)生參考使用。講義中會(huì)相應(yīng)的刪減一局部教材的內(nèi)容，重點(diǎn)關(guān)注我們教學(xué)主線所涉及的知識(shí)點(diǎn)，獨(dú)立而又相對(duì)復(fù)雜的內(nèi)容，暫且只是理解，例如，開(kāi)關(guān)特性，非均勻摻雜等，在所有的分析中，除了愛(ài)因斯坦關(guān)系，都是以均勻摻雜為主要模型。采用自編的講義，極大地進(jìn)步了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

〔三〕多樣化的教學(xué)方式和考核方式

傳統(tǒng)的教學(xué)方式，教師是主導(dǎo)型。為了進(jìn)步學(xué)生學(xué)習(xí)"半導(dǎo)體物理與器件";的積極性，筆者在教學(xué)過(guò)程中，按照教學(xué)主線，同時(shí)采用"課本講授與專題";相結(jié)合的方式。課本講授是以教師為主導(dǎo)型，而專題那么以小組討論的形式由學(xué)生負(fù)責(zé)，并納入考核之中。同時(shí)，隨堂練習(xí)，也采用學(xué)生講授的方式，納入考核之中。另外，平時(shí)作業(yè)，表現(xiàn)都按照一定的比重納入最終成績(jī)。這樣的教學(xué)方式和考核方式，極大的鼓勵(lì)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，讓學(xué)生更多的參與到教學(xué)活動(dòng)中來(lái)，而且防止了單一的評(píng)判學(xué)生才能的標(biāo)準(zhǔn)，可以更全面檢測(cè)學(xué)生才能和教學(xué)效果。受到學(xué)生和其他教學(xué)教師的肯定。

三完畢語(yǔ)

本文筆者根據(jù)"半導(dǎo)體物理與器件";課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的主要問(wèn)題，結(jié)合本校學(xué)生自身的特點(diǎn)，以"器件構(gòu)造rarr;能帶構(gòu)造rarr;載流分布rarr;載流子運(yùn)動(dòng)rarr;電流電壓特性";為教學(xué)主線，以"課本講授與專題";相結(jié)合的方式，提倡深化淺出，多樣化教學(xué)，這樣的教學(xué)方法有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，從而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。

參考文獻(xiàn)

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【3】施敏.?半導(dǎo)體器件物理?[M].西安交通大學(xué)出版社,